特許7543988光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-26
(45)【発行日】2024-09-03
(54)【発明の名称】光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法
(51)【国際特許分類】
G01D 5/353 20060101AFI20240827BHJP
【ＦＩ】
G01D5/353 B
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021101108
(22)【出願日】2021-06-17
(65)【公開番号】P2023000350
(43)【公開日】2023-01-04
【審査請求日】2024-02-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000000295
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100141955
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100085419
【弁理士】
【氏名又は名称】大垣 孝
(72)【発明者】
【氏名】小泉 健吾
【審査官】細見 斉子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０５１９４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７８９７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１５６２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／００６７１１８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｄ ５／３５３
Ｇ０１Ｋ １１／３２２
Ｇ０１Ｌ １／２４
Ｇ０１Ｂ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プローブ光を生成する光源部と、前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられ、ビート周波数の周波数シフトを与える光周波数シフタ部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられ、伝播する光に遅延時間τの遅延を与える遅延部と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力するコヒーレント検波部と、
前記測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する電気信号生成部と、
前記測定信号と前記局発信号とをホモダイン検波して、前記測定信号と前記局発信号の位相差、及び、前記測定信号の強度に基づいて周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部と
を備え、
前記ブリルアン周波数シフト取得部は、第１ブリルアン周波数シフト算出部、第２ブリルアン周波数シフト算出部、合成部、９０°位相シフト部及び有限性解消部を備え、
前記ブリルアン周波数シフト取得部に送られた測定信号は２分岐され、２分岐された一方の第１測定信号は前記第１ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、他方の第２測定信号は前記第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、
前記ブリルアン周波数シフト取得部に送られた局発信号は２分岐され、２分岐された一方の第１局発信号は前記第１ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、他方の第２局発信号は、前記９０°位相シフト部で９０°の位相シフトを受けた後、前記第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、
前記第１ブリルアン周波数シフト算出部は、前記第１測定信号と、前記第１局発信号に基づいて、第１ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１と、前記第１ブリルアン周波数シフトを反転させた第２ブリルアン周波数シフトＢＦＳ２を取得し、
前記第２ブリルアン周波数シフト算出部は、前記第２測定信号と、前記第２局発信号に基づいて、第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ３を取得し、
前記合成部は、第１～第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１～ＢＦＳ３からブリルアン周波数シフト波形を合成し、
前記有限性解消部は、
前記光ファイバに歪みが印加されていない場合、又は、前記光ファイバの温度変化がない場合、前記測定信号の強度に基づいて、前記測定信号と前記局発信号の位相差の位相回転数Ｎを算出し、前記位相回転数Ｎに応じたオフセットを、前記合成されたブリルアン周波数シフト波形に与える
ことを特徴とする光ファイバ歪み及び温度測定装置。
【請求項2】
前記合成部は、ブリルアン周波数シフトオフセット量ＢＦＳｏｆｆｓｅｔに対し、ＢＦＳ１＜１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、－ＢＦＳ３－２×ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを、
１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ１≦３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ１を、
３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ１かつ、ＢＦＳ２＜５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ３＋１／（２×τ）を、
５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ２≦７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ２を、
７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ２を満たすとき、－ＢＦＳ３－２×ＢＦ
Ｓｏｆｆｓｅｔ＋１／τを、
ブリルアン周波数シフト波形として合成する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ歪み及び温度測定装置。
【請求項3】
前記有限性解消部は、ブリルアン周波数シフトオフセット量ＢＦＳｏｆｆｓｅｔに対し、 前記光ファイバに歪みが印加されていない場合は、以下の式（１ａ）を用い、前記光ファイバの温度変化がない場合は、以下の式（１ｂ）を用いて、前記測定信号の強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）から、前記位相回転数Ｎを算出し、合成されたブリルアン周波数シフト波形が、１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ以上である場合は、Ｎ／τをオフセットとして与え、１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ未満である場合は、（Ｎ＋１）／τをオフセットとして与える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ歪み及び温度測定装置。
【数1】
【請求項4】
前記有限性解消部は、前記光ファイバに歪みが印加されていない場合は、以下の式（２ａ）を用い、前記光ファイバの温度変化がない場合は、以下の式（２ｂ）を用いて、前記測定信号の強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）から、前記位相回転数Ｎを算出し、
合成されたブリルアン周波数シフト波形に、Ｎ／τをオフセットとして与える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ歪み及び温度測定装置。
【数2】
【請求項5】
プローブ光を生成する過程と、前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方を伝播する光に、ビート周波数の周波数シフトを与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力する過程と、
前記測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する過程と、
前記測定信号と前記局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得する過程と
を備え、
前記周波数シフト量を取得する過程は、
前記測定信号を、第１測定信号と第２測定信号に２分岐する過程と、
前記局発信号を、第１局発信号と第２局発信号に２分岐する過程と、
前記第１測定信号と、前記第１局発信号に基づいて、第１ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１と、前記第１ブリルアン周波数シフトを反転させた第２ブリルアン周波数シフトＢＦＳ２を取得する過程と、
前記第２局発信号に９０°の位相シフトを与えた後、前記第２測定信号と、前記第２局発信号に基づいて、第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ３を取得する過程と、
第１～第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１～ＢＦＳ３からブリルアン周波数シフト波形を合成する過程と、
前記光ファイバに歪みが印加されていない場合、又は、前記光ファイバの温度変化がない場合、前記測定信号の強度に基づいて、前記測定信号と前記局発信号の位相差の位相回転数Ｎを算出し、前記位相回転数Ｎに応じたオフセットを、前記合成されたブリルアン周波数シフト波形に与える過程と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み及び温度測定方法。
【請求項6】
前記ブリルアン周波数シフト波形を合成する過程は、ブリルアン周波数シフトオフセット量ＢＦＳｏｆｆｓｅｔに対し、
ＢＦＳ１＜１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、－ＢＦＳ３－２×ＢＦ
Ｓｏｆｆｓｅｔを、
１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ１≦３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ１を、
３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ１かつ、ＢＦＳ２＜５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ３＋１／（２×τ）を、
５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ２≦７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ２を、
７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ２を満たすとき、－ＢＦＳ３－２×ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＋１／（８×τ）を、
ブリルアン周波数シフト波形として合成する
ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ歪み及び温度測定方法。
【請求項7】
前記ブリルアン周波数シフト波形を合成する過程は、ＢＦＳ３＞－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすか否かを判定する第１判定過程と、
前記第１判定過程における判定の結果、満たすと判定される場合に行われる、５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ２≦７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすか否かを判定する第２判定過程と、
前記第１判定過程における判定の結果、満たさないと判定される場合に行われる、１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ１≦３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすか否かを判定する第３判定過程と、
前記第２判定過程における判定の結果、満たさないと判定される場合に行われる、７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ２を満たすか否かを判定する第４判定過程と、
前記第３判定過程における判定の結果、満たさないと判定される場合に行われる、３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ１を満たすか否かを判定する第５判定過程と、
前記第２判定過程における判定の結果、満たすと判定される場合にＢＦＳ２を、
前記第４判定過程における判定の結果、満たすと判定される場合に、－ＢＦＳ３－２×ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＋１／τを、
前記第４判定過程における判定の結果、満たさないと判定される場合に、ＢＦＳ３＋１／（２×τ）を、
前記第３判定過程における判定の結果、満たすと判定される場合にＢＦＳ１を、
前記第５判定過程における判定の結果、満たすと判定される場合に、ＢＦＳ３＋１／（２×τ）を、
前記第５判定過程における判定の結果、満たさないと判定される場合に、－ＢＦＳ３－２×ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを、
ブリルアン周波数シフト波形として合成する過程と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ歪み及び温度測定方法。
【請求項8】
前記合成されたブリルアン周波数シフト波形に与える過程は、ブリルアン周波数シフトオフセット量ＢＦＳｏｆｆｓｅｔに対し、
前記測定信号の信号強度を取得する過程と、
取得された前記信号強度と、予め記憶されている信号強度の初期値を用いて、強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）を計算する過程と、
前記光ファイバに歪みが印加されていない場合は、以下の式（１ａ）を用い、前記光ファイバの温度変化がない場合は、以下の式（１ｂ）を用いて、前記測定信号の強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）から、前記位相回転数Ｎを算出し、
合成されたブリルアン周波数シフト波形が、１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ以上である場合は、Ｎ／τをオフセットとして与え、１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ未満である場合は、（Ｎ＋１）／τをオフセットとして与える
ことを特徴とする請求項５～７のいずれか一項に記載の光ファイバ歪み及び温度測定方法。
【数3】
【請求項9】
前記合成されたブリルアン周波数シフト波形に与える過程は、前記測定信号の信号強度を取得する過程と、
取得された前記信号強度と、予め記憶されている信号強度の初期値を用いて、強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）を計算する過程と、
前記光ファイバに歪みが印加されていない場合は、以下の式（２ａ）を用い、前記光ファイバの温度変化がない場合は、以下の式（２ｂ）を用いて、前記測定信号の強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）から、前記位相回転数Ｎを算出し、
合成されたブリルアン周波数シフト波形に、Ｎ／τをオフセットとして与える
ことを特徴とする請求項５～７のいずれか一項に記載の光ファイバ歪み及び温度測定方法。
【数4】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、ブリルアン散乱光を用いた、光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバ通信の発展とともに、光ファイバ自体をセンシング媒体とする分布型光ファイバセンシングが盛んに研究されている。特に、散乱光を利用する光ファイバセンシングは、点ごとに計測する電気センサとは異なり、長距離の分布としての計測が可能であるため、被測定対象全体の物理量を計測することができる。
【0003】
分布型光ファイバセンシングでは、光ファイバの片端から光パルスを入射し、光ファイバ中で後方散乱された光を時間に対して測定する時間領域リフレクトメトリ（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が代表的である。光ファイバ中の後方散乱には、レイリー散乱、ブリルアン散乱及びラマン散乱がある。この中で自然ブリルアン散乱を測定するものはＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ＯＴＤＲ）と呼ばれる（例えば、非特許文献１参照）。
【0004】
ブリルアン散乱は、光ファイバに入射される光パルスの中心周波数に対して、ストークス側及び反ストークス側にＧＨｚ程度周波数シフトした位置に観測され、そのスペクトルはブリルアン利得スペクトル（ＢＧＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｇａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）と呼ばれる。ＢＧＳの周波数シフト及びスペクトル線幅は、それぞれブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ）及びブリルアン線幅と呼ばれる。ＢＦＳ及びブリルアン線幅は、光ファイバの材質および入射光波長によって異なる。例えば、石英系のシングルモード光ファイバの場合、波長１．５５μｍにおけるＢＦＳの大きさ及びブリルアン線幅は、それぞれ約１１ＧＨｚ及び約３０ＭＨｚとなることが報告されている。また、非特許文献１からシングルモードファイバ中の歪み、温度の変化に伴うＢＦＳの大きさは波長１．５５μｍにおいて、それぞれ０．０４９ＭＨｚ／με、１．０ＭＨｚ／℃である。
【0005】
このように、ＢＦＳは歪みと温度に対して依存性を持つ。このため、ＢＯＴＤＲは橋梁やトンネルなどに代表される大型建造物の劣化診断、プラントの温度モニタリング、及び、地滑りが発生する恐れのある箇所の監視などの目的で利用可能であり、注目されている。
【0006】
ＢＯＴＤＲでは、光ファイバ中で発生する自然ブリルアン散乱光のスペクトル波形を測定するため、別途用意した参照光とのヘテロダイン検波を行うのが一般的である。自然ブリルアン散乱光の強度はレイリー散乱光の強度に比べて２～３桁小さい。このため、ヘテロダイン検波は最小受光感度を向上させる上でも有用となる。
【0007】
ここで、自然ブリルアン散乱光は非常に微弱なため、ヘテロダイン検波を適用しても十分な信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を確保できない。その結果、Ｓ／Ｎ改善のための平均化処理が必要となる。ＢＯＴＤＲを行う従来の光ファイバ歪み測定装置では、時間、振幅及び周波数の３次元の情報を取得しているが、平均化処理とこの３次元情報の取得のため、測定時間の短縮が難しい。
【0008】
これに対し、この出願に係る発明者らにより、自己遅延ヘテロダイン型のＢＯＴＤＲ（ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲ：Ｓｅｌｆ－ｄｅｌａｙｅｄ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ＢＯＴＤＲ）
を利用する、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲでは、受信されるビート信号と局発信号の位相比較をすることで、ＢＦＳの変化が、ビート信号中の位相変化として観測される。このように、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲは、周波数掃引を必要とせずに直接ＢＦＳを算出できるため、高速かつ安価な測定を実現できる。
を利用する、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲでは、受信されるビート信号と局発信号の位相比較をすることで、ＢＦＳの変化が、ビート信号中の位相変化として観測される。このように、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲは、周波数掃引を必要とせずに直接ＢＦＳを算出できるため、高速かつ安価な測定を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開２０１６－１９１６５９号公報
【文献】特開２０２０－０５１９４１号公報
【非特許文献】
【0010】
【文献】Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ ｅｔ ａｌ．，“Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ－ｆｉｂｅｒ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ”，ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．Ｅ７６－Ｂ， ｎｏ．４， ｐｐ．３８２－３９０ （１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上述の通り、特許文献１に記載されているＳＤＨ－ＢＯＴＤＲは、位相変化を観測するが、０～２πの位相変化に対し、測定範囲は、０～πに制限されてしまい、π～２πでは測定結果が反転してしまう。
【0012】
これに対し、位相変化を抽出するための局発信号として、余弦（ｃｏｓ）波だけでなく、正弦（ｓｉｎ）波を用いることで、測定範囲を０～２πに拡大する提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。しかし、測定範囲の拡大は、０～２πまでであるので、さらなる測定範囲の拡大が望まれる。
【0013】
この発明は、上述の状況に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲにおいて、測定範囲を拡大する、光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上述した目的を達成するために、この発明の光ファイバ歪み及び温度測定装置は、プローブ光を生成する光源部と、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられ、ビート周波数の周波数シフトを与える光周波数シフタ部と、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられ、伝播する光に遅延時間τの遅延を与える遅延部と、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する合波部と、合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力するコヒーレント検波部と、測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する電気信号生成部と、測定信号と局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部とを備えて構成される。
【0015】
ブリルアン周波数シフト取得部は、第１ブリルアン周波数シフト算出部、第２ブリルアン周波数シフト算出部、合成部、９０°位相シフト部及び有限性解消部を備え、ブリルアン周波数シフト取得部に送られた測定信号は２分岐され、２分岐された一方の第１測定信号は第１ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、他方の第２測定信号は第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られる。ブリルアン周波数シフト取得部に送られた局発信号は２分岐され、２分岐された一方の第１局発信号は第１ブリルアン周波数シフト算出部に送ら
れ、他方の第２局発信号は、９０°位相シフト部で９０°の位相シフトを受けた後、第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られる。
れ、他方の第２局発信号は、９０°位相シフト部で９０°の位相シフトを受けた後、第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られる。
【0016】
第１ブリルアン周波数シフト算出部は、第１測定信号と、余弦波である第１局発信号に基づいて、第１ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１と、第１ブリルアン周波数シフトを反転させた第２ブリルアン周波数シフトＢＦＳ２を取得する。第２ブリルアン周波数シフト算出部は、第２測定信号と、正弦波である第２局発信号に基づいて、第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ３を取得する。
【0017】
合成部は、第１～第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１～ＢＦＳ３からブリルアン周波数シフト波形を合成する。有限性解消部は、光ファイバに歪みが印加されていない場合、又は、光ファイバの温度変化がない場合、測定信号の強度に基づいて、測定信号と局発信号の位相差の位相回転数Ｎを算出し、位相回転数Ｎに応じたオフセットを、合成されたブリルアン周波数シフト波形に与える。
【0018】
この発明の光ファイバ歪み及び温度測定方法は、以下の過程を備えて構成される。先ず、プローブ光を生成する。次に、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。次に、第１光路及び第２光路のいずれか一方を伝播する光に、ビート周波数の周波数シフトを与える。次に、第１光路及び第２光路のいずれか一方を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える。次に、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。次に、合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力する。また、測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する。次に、測定信号と局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得する。周波数シフト量を取得する過程は、さらに、以下の過程を備える。先ず、測定信号を、第１測定信号と第２測定信号に２分岐する。また、局発信号を、第１局発信号と第２局発信号に２分岐する。次に、第１測定信号と、第１局発信号に基づいて、第１ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１と、第１ブリルアン周波数シフトを反転させた第２ブリルアン周波数シフトＢＦＳ２を取得する。次に、第２測定信号と、第２局発信号に基づいて、第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ３を取得する。次に、第１～第３ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１～ＢＦＳ３からブリルアン周波数シフト波形を合成する。次に、光ファイバに歪みが印加されていない場合、又は、光ファイバの温度変化がない場合、測定信号の強度に基づいて、測定信号と局発信号の位相差の位相回転数Ｎを算出し、位相回転数Ｎに応じたオフセットを、合成されたブリルアン周波数シフト波形に与える。
【発明の効果】
【0019】
この発明の光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法によれば、従来技術に比べて、測定範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】発明の原理を示す模式図である。
【図2】測定装置の構成例を示す模式的なブロック図である。
【図3】測定装置が備えるＢＦＳ取得部の模式的なブロック図である。
【図4】規格化された強度とＢＦＳｃｏｓの関係を示す図である。
【図5】規格化された強度とＢＦＳｓｉｎの関係を示す図である。
【図6】ＢＦＳ真値とＢＦＳ測定値の関係を示す図（１）である。
【図7】ＢＦＳ真値とＢＦＳ測定値の関係を示す図（２）である。
【図8】合成部の処理フローを示す図である。
【図9】ＢＦＳ真値とＢＦＳ測定値の関係を示す図（３）である。
【図10】有限性解消部の処理フローを示す図である。
【図11】他の実施形態を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各図は、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【0022】
（原理の説明）
先ず、図１を参照して、この発明の、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲを利用する、光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法の原理を説明する。図１は、発明の原理を説明するための模式図である。図１は、横軸に発生したＢＦＳの値であるＢＦＳ真値［単位：ＭＨｚ］を取って示し、左軸に後述する合成部で取得されるＢＦＳの値であるＢＦＳ測定値［単位：ＭＨｚ］を取って示し、右軸に、測定信号の強度変化［単位：％］を取って示している。ここでは、光ファイバの温度が一定であり、光ファイバの歪みにより測定信号の強度が変化する例を示している。
先ず、図１を参照して、この発明の、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲを利用する、光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法の原理を説明する。図１は、発明の原理を説明するための模式図である。図１は、横軸に発生したＢＦＳの値であるＢＦＳ真値［単位：ＭＨｚ］を取って示し、左軸に後述する合成部で取得されるＢＦＳの値であるＢＦＳ測定値［単位：ＭＨｚ］を取って示し、右軸に、測定信号の強度変化［単位：％］を取って示している。ここでは、光ファイバの温度が一定であり、光ファイバの歪みにより測定信号の強度が変化する例を示している。
【0023】
ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲを利用する、光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法は、受信されるビート信号と局発信号の位相比較をすることで観測されるビート信号中の位相変化に基づいて、ＢＦＳを算出する。このため、ＢＦＳは、２πの位相変化ごとに回転する。したがって、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲでは、原理的に０～２πが測定範囲の限界となる。
【0024】
後方ブリルアン散乱では、周波数シフトだけでなく、その散乱係数も温度、歪み依存性を有することが報告されている。ＢＦＳの歪み依存係数及び温度依存係数をそれぞれＣνε［単位：ＭＨｚ／με］及びＣνＴ［単位：ＭＨｚ／℃］とし、ブリルアン散乱係数の歪み依存係数及び温度依存係数をそれぞれＣＰε［単位：％／με］及びＣＰＴ［単位：％／℃］とすると、以下の式（１）に示す関係が成り立つ。
【0025】
【数1】
【0026】
ここで、δＰＢ／ＰＢは、ブリルアン散乱強度の相対変化（強度変化）Ｐｃｈａｎｇｅ［単位：％］を与える。これら、ＢＦＳ及びＰｃｈａｎｇｅは、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲで測定可能な値である。また、δε及びδＴは、それぞれ、歪み及び温度の変化量である。
【0027】
上記式（１）から、歪みがない場合は、Ｐｃｈａｎｇｅ＝（ＣＰＴ／ＣνＴ）×ＢＦＳとなり、温度変化がない場合は、Ｐｃｈａｎｇｅ＝（ＣＰε／Ｃνε）×ＢＦＳとなる。すなわち、歪み及び温度のいずれか一方が一定である場合、強度変化Ｐｃｈａｎｇｅは、ＢＦＳに対して線形に変化する。
【0028】
そこで、Ｐｃｈａｎｇｅを用いてＢＦＳの位相回転数を取得し、位相回転数に基づいて、ＢＦＳを算出することにより、測定範囲の０～２πの有限性を解消させ、測定範囲を０～２πから拡大できる。
【0029】
（構成の説明）
図２及び図３を参照して、この発明の、光ファイバ歪み及び温度測定装置を説明する。図２は、この発明の、光ファイバ歪み及び温度測定装置（以下、単に測定装置とも称する。）の構成例を示す模式的なブロック図である。また、図３は、測定装置が備えるＢＦＳ取得部の模式的なブロック図である。
図２及び図３を参照して、この発明の、光ファイバ歪み及び温度測定装置を説明する。図２は、この発明の、光ファイバ歪み及び温度測定装置（以下、単に測定装置とも称する。）の構成例を示す模式的なブロック図である。また、図３は、測定装置が備えるＢＦＳ取得部の模式的なブロック図である。
【0030】
測定装置は、光源部１０、サーキュレータ２０、光増幅器３０、光バンドパスフィルタ３２、自己遅延ヘテロダイン干渉計４１、信号強度取得部９１及びタイミング制御器９０を備えて構成される。
【0031】
光源部１０は、プローブ光を生成する。光源部１０は、連続光を生成する光源１２と、連続光から光パルスを生成する光パルス発生器１４を備えて構成される。
【0032】
ここで、この測定装置は、周波数変化に応じた位相差を測定する。このため、光源１２の周波数揺らぎ及び周波数スペクトル線幅（以下、単に線幅とも称する。）は、ブリルアン周波数シフトよりも十分に小さくなければならない。そこで、光源１２として周波数安定化狭線幅光源が用いられる。例えば、測定対象となる光ファイバ（以下、被測定光ファイバとも称する。）１００の歪みを０．００８％としたとき、ブリルアン周波数シフトは４ＭＨｚに相当する。このため、０．００８％程度の歪みを測定するには、光源１２の周波数揺らぎ及び線幅は４ＭＨｚより十分に小さく、数１０ｋＨｚ以下であることが望ましい。なお、周波数揺らぎ及び線幅が１０ｋＨｚ程度若しくはそれ以下の狭線幅レーザが、既製品として一般に入手可能である。
【0033】
光パルス発生器１４は、任意好適な従来周知の、音響光学（ＡＯ：Ａｃｏｕｓｔ Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器又は電気光学（ＥＯ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器を用いて構成される。光パルス発生器１４は、タイミング制御器９０で生成された電気パルスに応じて、連続光から光パルスを生成する。この光パルスの繰り返し周期は、被測定光ファイバ１００を光パルスが往復するのに要する時間よりも長く設定される。この光パルスが、プローブ光として、光源部１０から出力される。
【0034】
この光源部１０から出力されたプローブ光は、サーキュレータ２０を経て、被測定光ファイバ１００に入射される。なお、サーキュレータ２０に換えて、光カプラを用いても良い。
【0035】
被測定光ファイバ１００からの後方散乱光は、サーキュレータ２０を経て、例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などで構成される光増幅器３０に送られる。光増幅器３０で増幅された後方散乱光は、光バンドパスフィルタ３２に送られる。光バンドパスフィルタ３２は、１０ＧＨｚ程度の透過帯域を有しており、自然ブリルアン散乱光のみを透過する。この自然ブリルアン散乱光は、自己遅延ヘテロダイン干渉計４１に送られる。この光バンドパスフィルタ３２から出射される自然ブリルアン散乱光の時刻ｔにおける信号Ｅ０（ｔ）は、以下の式（２）で表される。
【0036】
【数2】
【0037】
ここで、Ａ０は振幅、ηＢ（ｔ）はブリルアン散乱係数、ｆＢ（ｔ）はブリルアン散乱光の光周波数、φ０は初期位相を示している。なお、ブリルアン散乱係数ηＢ（ｔ）及び
ブリルアン散乱光の光周波数ｆＢ（ｔ）は、光ファイバ中での局所的な歪みや温度変化により変化するため、時間ｔの関数としている。
ブリルアン散乱光の光周波数ｆＢ（ｔ）は、光ファイバ中での局所的な歪みや温度変化により変化するため、時間ｔの関数としている。
【0038】
自己遅延ヘテロダイン干渉計４１は、分岐部４２、光周波数シフタ部４３、遅延部４８、合波部５０、コヒーレント検波部６０、電気信号生成部としての局発電気信号源８３及びＢＦＳ取得部７１を備えて構成される。
【0039】
局発電気信号源８３は、周波数ｆＡＯＭの電気信号を生成する。
【0040】
分岐部４２は、プローブ光により被測定光ファイバ１００で発生する後方ブリルアン散乱光を、光バンドパスフィルタ３２を経て受け取り、第１光路及び第２光路に２分岐する。
【0041】
光周波数シフタ部４３は、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられるが、この構成例では、第１光路に設けられている。光周波数シフタ部４３は、局発電気信号源８３で生成された周波数ｆＡＯＭの電気信号を用いて、第１光路を伝播する光に対して、周波数ｆＡＯＭの周波数シフトを与える。
【0042】
また、遅延部４８は、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられるが、この構成例では、第２光路に設けられている。遅延部４８は、第２光路を伝播する光に時間τの遅延を与える。
【0043】
合波部５０は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。合波部５０に入射される、第１光路を伝播する光信号Ｅ１（ｔ）及び第２光路を伝播する光信号Ｅ２（ｔ－τ）は、それぞれ、以下の式（３ａ）及び（３ｂ）で表される。
【0044】
【数3】
【0045】
ここで、Ａ１及びＡ２は、それぞれＥ１（ｔ）及びＥ２（ｔ－τ）の振幅であり、φ１及びφ２は、それぞれＥ１（ｔ）及びＥ２（ｔ－τ）の初期位相である。
【0046】
コヒーレント検波部６０は、合波光をヘテロダイン検波してビート信号を生成する。コヒーレント検波部６０は、例えば、バランス型フォトダイオード（ＰＤ）６２、ＦＥＴ増幅器６４及びアナログ－ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）６６を備えて構成される。ヘテロダイン検波により与えられるビート信号Ｉ１２は、以下の式（４）で表される。ビート信号Ｉ１２の周波数ｆＡＯＭをビート周波数とも称する。
【0047】
【数4】
【0048】
コヒーレント検波部６０で生成されたビート信号Ｉ１２は２分岐される。２分岐されたビート信号Ｉ１２の一方は測定信号としてＢＦＳ取得部７１に送られる。また、局発電気信号源８３で生成された電気信号は局発信号としてＢＦＳ取得部７１に送られる。一方、
２分岐されたビート信号Ｉ１２の他方は強度取得部９１に送られる。
２分岐されたビート信号Ｉ１２の他方は強度取得部９１に送られる。
【0049】
ＢＦＳ取得部７１は、第１ブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）算出部１７０、第２ブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）算出部２７０、合成部８０、有限性解消部８１及び９０°位相シフト部７８を備えて構成されている。ＢＦＳ取得部７１は、例えば、以下説明する処理を実行させるソフトウェアが搭載された、市販のパーソナルコンピュータを用いて構成することができる。また、ＢＦＳ取得部７１を、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）で構成することもできる。なお、ＢＦＳ取得部７１には、任意好適な記憶手段（図示せず。）が設けられ、測定結果などが適宜記憶される。
【0050】
なお、上記式（４）で与えられるビート信号は、非常に微弱である。従って、信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を向上させるために、平均化処理を行う必要がある。この平均化処理は、高速化のために、ＦＰＧＡで実施することが望ましい。
【0051】
ＢＦＳ取得部７１に送られた測定信号は２分岐される。２分岐された一方の第１測定信号は第１ＢＦＳ算出部１７０に送られる。他方の第２測定信号は第２ＢＦＳ算出部２７０に送られる。
【0052】
また、ＢＦＳ取得部７１に送られた局発信号は２分岐される。２分岐された一方の第１局発信号は第１ＢＦＳ算出部１７０に送られる。他方の第２局発信号は、９０°位相シフト部７８で９０°の位相シフトを受けた後、第２ＢＦＳ算出部２７０に送られる。局発信号が余弦波（ｃｏｓ波）である場合、第１局発信号はｃｏｓ波として第１ＢＦＳ算出部１７０に送られ、第２局発信号は正弦波（ｓｉｎ波）として第２ＢＦＳ算出部２７０に送られる。
【0053】
第１ＢＦＳ算出部１７０は、第１ミキサ１７２、第１ＬＰＦ１７４及び第１ＢＦＳ算出手段１７６を備えて構成されている。同様に、第２ＢＦＳ算出部２７０は、第２ミキサ２７２、第２ＬＰＦ２７４及び第２ＢＦＳ算出手段２７６を備えて構成されている。
【0054】
先ず、第１ＢＦＳ算出部１７０について説明する。第１ミキサ１７２は、第１測定信号と第１局発信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号を生成する。局発電気信号源８３で生成された局発信号Ｉｃｏｓを以下の式（５）で表す。
【0055】
【数5】
【0056】
第１ミキサ１７２で生成されたホモダイン信号は、上記式（４）及び式（５）を乗算して得られる、以下の式（６）で表される。
【0057】
【数6】
【0058】
ここで、φｏｆｆｓｅｔ＝φ１－φ２－φｃｏｓであり、ビート信号と局発信号の位相差を表している。上記式（６）中の和周波成分、すなわち、上記式（６）の第１項を第１ＬＰＦ１７４で除去すると、以下の式（７）で表される信号が得られる。
【0059】
【数7】
【0060】
上記式（７）に示されるように、ブリルアン周波数の変化ｆＢ（ｔ）とブリルアン散乱係数の変化ηＢ（ｔ）が時間の関数になっているため、これらの変化が出力強度の変化として出力される。ここで、観測したい成分はブリルアン周波数の変化ｆＢ（ｔ）であるため、ブリルアン散乱係数の変化ηＢ（ｔ）を除去する。ブリルアン散乱係数の変化ηＢ（ｔ）は、上記式（４）を包絡線検波して得られる強度変化の情報から除去できる。従って、上記式（７）は、以下の式（８）で書き直せる。
【0061】
【数8】
【0062】
上記式（８）より、ブリルアン周波数の変化ｆＢ（ｔ）のみが強度変化として出力される。第１ＢＦＳ算出手段１７６は、上記式（８）の振幅値から第１ブリルアン周波数シフトＢＦＳ１を算出する。なお、ＢＦＳ１は、ｃｏｓ波を用いて得られたＢＦＳであるためＢＦＳｃｏｓと記載することもある。また、第１ＢＦＳ算出手段１７６は、ＢＦＳｃｏｓを反転させたＢＦＳｃｏｓ＿ｉｎｖｅｒｓｅを、第２ブリルアン周波数シフトＢＦＳ２として算出する。
【0063】
上記式（８）では、位相シフト２πｆＢ（ｔ）τが振幅値に換算されている。このため、以下の式（９）のように規格化を行って、ＢＦＳ１への換算を容易にする。
【0064】
【数9】
【0065】
上記式（９）からＢＦＳ１は以下の式（１０）で算出される。
【0066】
【数10】
【0067】
上記式（９）のように規格化された強度Ｉａ．ｕ．ｃｏｓとＢＦＳ１の関係について説明する。
【0068】
ＢＦＳの周波数範囲は、遅延時間τにより決定され、１／τで与えられる。例えば、遅延時間τを１ｎ秒とすると、位相０～πで、ＢＦＳの周波数範囲は０～５００ＭＨｚと計
算される。また、φｏｆｆｓｅｔ（＝２πＢＦＳｏｆｆｓｅｔ）は位相の初期値である。設定したＢＦＳｏｆｆｓｅｔを０ＭＨｚの基準として、－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ～１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを測定範囲に指定する。このＢＦＳｏｆｆｓｅｔの設定により、基準となる位相から負の方向の位相変化も測定できるようになる。
算される。また、φｏｆｆｓｅｔ（＝２πＢＦＳｏｆｆｓｅｔ）は位相の初期値である。設定したＢＦＳｏｆｆｓｅｔを０ＭＨｚの基準として、－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ～１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを測定範囲に指定する。このＢＦＳｏｆｆｓｅｔの設定により、基準となる位相から負の方向の位相変化も測定できるようになる。
【0069】
図４は、上記式（１０）で与えられる、規格化された強度とＢＦＳｃｏｓの関係を示す図である。図４は、横軸にＢＦＳ［ＭＨｚ］を取って示し、縦軸に強度［ａ．ｕ．］を取って示す。ここでは、遅延時間τを１ｎ秒、ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを１２５ＭＨｚとする例を説明する。この場合、周波数測定範囲は、－１２５ＭＨｚ～３７５ＭＨｚとなる。ＢＦＳ１は、周波数測定範囲の３７５ＭＨｚを超えると強度が反転してしまう。この結果、実際のＢＦＳ値が４００ＭＨｚであっても、測定されるＢＦＳ１は３５０ＭＨｚと算出される。
【0070】
次に、第２ＢＦＳ算出部２７０について説明する。第２ミキサ２７２は、第２測定信号と第２局発信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号を生成する。第２局発信号は、局発電気信号源８３で生成された、ｃｏｓ波である局発信号Ｉｃｏｓを９０°の位相シフトさせたｓｉｎ波であり、以下の式（１１）で表される。
【0071】
【数11】
【0072】
第２ミキサ２７２及び第２ＬＰＦ２７４は、第１局発信号がｃｏｓ波である場合に、第２局発信号がｓｉｎ波であることを除けば、第１ミキサ１７２及び第１ＬＰＦ１７４と同様に動作するので、詳細な説明を省略する。上記式（５）に換えて上記式（１１）を用いて、上記式（６）～（１０）を書き直せば、以下の式（１２）が得られる。
【0073】
【数12】
【0074】
第２ＢＦＳ算出手段２７６は、第２ブリルアン周波数シフトＢＦＳ３を算出する。なお、ＢＦＳ３は、ｓｉｎ波を用いて得られたＢＦＳであるためＢＦＳｓｉｎとも記載する。
【0075】
図５は、上記式（１１）で与えられる、規格化された強度とＢＦＳｓｉｎの関係を示す図である。図４は、横軸にＢＦＳ［ＭＨｚ］を取って示し、縦軸に強度［ａ．ｕ．］を取って示す。上記ＢＦＳｃｏｓと同様に、遅延時間τは１ｎ秒、ＢＦＳｏｆｆｓｅｔは１２５ＭＨｚである。この場合、周波数測定範囲は、－３７５ＭＨｚ～１２５ＭＨｚとなる。ＢＦＳｃｏｓは、周波数測定範囲の１２５ＭＨｚを超えると強度が反転してしまう。
【0076】
上記式（１０）及び（１２）によって算出される、ＢＦＳ１（＝ＢＦＳｃｏｓ）、ＢＦＳ２（＝ＢＦＳｃｏｓ＿ｉｎｖｅｒｓｅ）、ＢＦＳ３（＝ＢＦＳｓｉｎ）を図６に示す。
【0077】
図６は、横軸に実際のＢＦＳ値（ＢＦＳ真値）［ＭＨｚ］を取って示し、縦軸に測定されたＢＦＳ値（ＢＦＳ測定値）［ＭＨｚ］を取って示す。
【0078】
ＢＦＳ測定値が反転する値は、ＢＦＳ１及びＢＦＳ２では３７５ＭＨｚであり、ＢＦＳ３では、１２５ＭＨｚ及び６２５ＭＨｚとなる。
【0079】
合成部８０は、第１ＢＦＳ算出部１７０及び第２ＢＦＳ算出部２７０で算出された、ＢＦＳ１、ＢＦＳ２及びＢＦＳ３を用いて、ブリルアン周波数シフト波形を合成する。
【0080】
ここで、ＢＦＳ測定値がそれぞれ反転する点を基準として、ＢＦＳ１、ＢＦＳ２及びＢＦＳ３のいずれかを選択すると、このＢＦＳ測定値が反転する点付近の領域での線形性が問題になることが懸念される。
【0081】
ヘテロダイン受信で得られた信号Ｉ１２にノイズが含まれない場合は、ＢＦＳが正しく算出されるが、ノイズが重畳されていると、反転した結果も含めて重畳されるため、ＢＦＳは若干小さく算出される。
【0082】
図７は、ノイズ信号が重畳された場合の、ＢＦＳ真値とＢＦＳ測定値の関係の一例を示す図である。図７は、横軸にＢＦＳ真値［ＭＨｚ］を取って示し、縦軸にＢＦＳ測定値［ＭＨｚ］を取って示す。ここでは、ＢＦＳ測定値は、３７５ＭＨｚで反転する例を示している。
【0083】
図７では、ＢＦＳ真値を丸で示し、ＢＦＳ１を四角で示している。図７に示されるように、ＢＦＳ真値が３７５ＭＨｚ付近の場合、ＢＦＳ１がＢＦＳ真値に比べて若干小さく測定され、線形性が劣化している。そこで、この測定装置では、合成部８０は、線形な領域にあるＢＦＳ測定値を利用して、ブリルアン周波数シフト波形を合成する。
【0084】
合成部８０は、選択されたＢＦＳ１、ＢＦＳ２及びＢＦＳ３を、ブリルアン周波数シフト波形として合成する。合成部８０からの出力、及び、強度取得部９１で取得された信号強度は、有限性解消部８１に送られる。
【0085】
信号強度取得部９１は、２乗回路９２、ＬＰＦ９４、及び１／２乗回路９６を備えて構成され、コヒーレント検波部６０の出力であるビート信号の包絡線検波の機能を実現する。この結果、ビート信号が、２乗回路９２、ＬＰＦ９４、及び１／２乗回路９６を順に通過すると、ビート信号の強度情報のみが得られる。なお、合成部８０が、初期状態のビート信号の強度情報を格納していれば、初期状態の強度情報と、新たに測定された強度情報から、上記式（１）におけるδＰＢ／ＰＢが得られる。なお、δＰＢ／ＰＢを得るための構成は、これに限定されず、任意好適な構成にすることができる。
【0086】
【0087】
先ず、第１判定過程Ｓ１０において、ＢＦＳ３＞－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすか否かを判定する。図６に示されるように、ＢＦＳ１が反転している領域は、ＢＦＳ３が－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ（この例では、－１２５ＭＨｚ）より大きいことがわかる。従って、ＢＦＳ３＞－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすか否かにより、ＢＦＳ１が反転しているか否かを判定する。ＢＦＳ１が反転していない領域であって、ＢＦＳ１が線形となる領域では、ＢＦＳ１を選択する。一方、ＢＦＳ１が反転している領域であって、ＢＦＳ２が線形となる領域では、ＢＦＳ２を選択する。
【0088】
そこで、第１判定過程Ｓ１０に引き続いて、ＢＦＳ１及びＢＦＳ２が線形であるか否か
を判定する。
を判定する。
【0089】
第１判定過程Ｓ１０における判定の結果、満たす（Ｙｅｓ）と判定される場合、すなわち、ＢＦＳ１が反転している場合、第２判定過程Ｓ２０において、５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ２≦７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすか否か、すなわち、ＢＦＳ２が線形となる領域であるか否かを判定する。ここでは、ＢＦＳ２が線形となる領域は、５００ＭＨｚ～７５０ＭＨｚである。
【0090】
一方、第１判定過程Ｓ１０における判定の結果、満たさない（Ｎｏ）と判定される場合、すなわち、ＢＦＳ１が反転していない場合、第３判定過程Ｓ３０において、１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ１≦３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすか否か、すなわち、ＢＦＳ１が線形となる領域であるか否かを判定する。ここでは、ＢＦＳ１が線形となる領域は、０ＭＨｚ～２５０ＭＨｚである。
【0091】
第２判定過程Ｓ２０及び第３判定過程Ｓ３０における判定の結果、満たさない、すなわち、ＢＦＳ１及びＢＦＳ２が線形ではない、と判定される場合は、ＢＦＳ３を利用する。ＢＦＳ３は、１／（４×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ、及び、３／（４×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ付近、この例では、１２５ＭＨｚ及び６２５ＭＨｚ付近で反転するので、ＢＦＳ３＜１／（４×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ、１／（４×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ３≦３／（４×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ、ＢＦＳ３＜３／（４×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔに場合分けが必要となる。
【0092】
そこで、第２判定過程Ｓ２０における判定の結果、満たさない（Ｎｏ）と判定される場合、第４判定過程Ｓ４０において、７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ２を満たすか否かを判定する。また、第３判定過程Ｓ３０における判定の結果、満たさない（Ｎｏ）と判定される場合に、第５判定過程Ｓ５０において、３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ１を満たすか否かを判定する。
【0093】
第２判定過程Ｓ２０における判定の結果、満たす（Ｙｅｓ）と判定される場合、ＢＦＳ２が選択される（Ｓ６１）。
【0094】
第４判定過程Ｓ４０における判定の結果、満たす（Ｙｅｓ）と判定される場合、ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを中心にＢＦＳ３を反転した後、１／τのオフセットを重畳したもの、すなわち、－ＢＦＳ３－２×ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＋１／τが選択される（Ｓ６２）。
【0095】
第４判定過程Ｓ４０における判定の結果、満たさない（Ｎｏ）と判定される場合、ＢＦＳ３に１／（２×τ）を重畳したもの、すなわち、ＢＦＳ３＋１／（２×τ）が選択される（Ｓ６３）。
【0096】
第３判定過程Ｓ３０における判定の結果、満たす（Ｙｅｓ）と判定される場合、ＢＦＳ１が選択される（Ｓ６４）。
【0097】
第５判定過程Ｓ５０における判定の結果、満たす（Ｙｅｓ）と判定される場合、ＢＦＳ３に１／（２×τ）を重畳したもの、すなわち、ＢＦＳ３＋１／（２×τ）が選択される（Ｓ６５）。
【0098】
第５判定過程Ｓ５０における判定の結果、満たさない（Ｎｏ）と判定される場合、ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを中心にＢＦＳ３を反転したもの、すなわち、－ＢＦＳ３－２×ｏｆｆｓｅｔが選択される（Ｓ６６）。
【0099】
合成過程Ｓ７０では、合成部８０が、Ｓ６１～Ｓ６６で選択されたＢＦＳからＢＦＳ波形を合成する。すなわち、合成部８０は、ＢＦＳ１＜１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、－ＢＦＳ３－２×ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを、１／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ１≦３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ１を、３／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ１かつ、ＢＦＳ２＜５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ３＋１／（２×τ）を、５／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ≦ＢＦＳ２≦７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔを満たすとき、ＢＦＳ２を、７／（８×τ）－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＜ＢＦＳ２を満たすとき、－ＢＦＳ３－２×ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ＋１／τを、ＢＦＳ波形として合成する。
【0100】
図９は、ノイズ信号が重畳された場合の、ＢＦＳ真値とＢＦＳ測定値の関係の一例を示す図である。図８は、横軸にＢＦＳ真値［ＭＨｚ］を取って示し、縦軸にＢＦＳ測定値［ＭＨｚ］を取って示す。ここでは、ＢＦＳ測定値は、３７５ＭＨｚで反転する例を示している。図９では、ＢＦＳ真値を丸で示し、ＢＦＳ１を四角で示し、合成部８０で合成されたＢＦＳ（ＢＦＳ合成）を三角で示している。図９に示されるように、合成部８０で合成されたＢＦＳは、ＢＦＳ真値と近い値となっており、線形性が保たれることを示している。
【0101】
【0102】
有限性解消過程Ｓ８０ａは、２πの位相変化ごとに、測定されるＢＦＳが回転する影響を除去する処理である。有限性解消過程Ｓ８０ａは、例えば、順に行われる、強度信号取得過程Ｓ８１、強度変化計算過程Ｓ８３、位相回転数計算過程Ｓ８５、ＢＦＳ選択過程Ｓ８７及びＢＦＳ決定過程Ｓ８９を備えて構成される。
【0103】
強度信号取得過程Ｓ８１では、有限性解消部８１は、強度情報取得部９１から信号強度を取得する。なお、有限性解消部８１は、光ファイバの設置時などに得られた、歪みがない状態の信号強度を初期値として、任意好適な記憶手段に格納しておくことができる。初期値が得られたときの光ファイバの温度、又は、光ファイバが設置された環境の温度も格納されるのが良い。
【0104】
強度変化計算過程Ｓ８３では、有限性解消部８１は、強度情報取得部９１から取得した信号強度と、予め記憶されている強度信号の初期値を用いて、強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）を計算する。
【0105】
位相回転数計算過程Ｓ８５では、有限性解消部８１は、強度変化計算過程Ｓ８３で計算された強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）を用いて、位相回転数Ｎを計算する。位相回転数計算過程Ｓ８５では、以下の式（１３ａ）又は式（１３ｂ）が用いられる。
【0106】
【数13】
【0107】
光ファイバに引っ張り応力などが印加されておらず、光ファイバに歪みが生じていない場合は、上記式（１３ａ）が用いられる。一方、光ファイバの温度変化がない場合は、上記式（１３ｂ）が用いられる。
【0108】
ＢＦＳ選択過程Ｓ８７では、Ｓ７０で得られたＢＦＳ（ＢＦＳ合成）が１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ以上であるか否かを判定する。ＢＦＳ合成が１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ以上である場合（Ｙｅｓ）は、ＢＦＳ合成にＮ／τをオフセットとして与えることにより、ＢＦＳ合成＋Ｎ／τを測定結果として決定する（Ｓ８９ａ）。一方、ＢＦＳ選択過程Ｓ８７における判定の結果、Ｓ７０で得られたＢＦＳ合成が１／２τ－ＢＦＳｏｆｆｓｅｔ未満である場合（Ｎｏ）は、ＢＦＳ合成に（Ｎ＋１）／τをオフセットとして与えることにより、ＢＦＳ合成＋（Ｎ＋１）／τを測定結果として決定する（Ｓ８５ｂ）。
【0109】
ここでは、ある位相回転数Ｎで与えられるＢＦＳの範囲に対して、その中心で、ＢＦＳ合成の位相が回転するように設定された例を説明したが、これに限定されない。例えば、ある位相回転数Ｎで与えられるＢＦＳの範囲の境界で、ＢＦＳ合成の位相が回転するように設定してもよい。
【0110】
図１１を参照して、この発明の他の実施形態として、ある位相回転数Ｎで与えられるＢＦＳの範囲の境界で、ＢＦＳ合成の位相が回転する例を説明する。この他の実施形態では、図１１（Ａ）に示すように、ある位相回転数Ｎで与えられるＢＦＳの範囲が設定される。また、図１１（Ｂ）は、有限性解消過程の他の実施形態の処理フローを示す図である。図１では、位相回転数Ｎで定まる領域の中心で位相が回転するのに対し、図１１（Ａ）では、位相回転数Ｎで定まる領域の両端で位相が回転する点が異なる。それ以外の点は、図１と図１１（Ａ）とは共通するので、重複する説明を省略する。
【0111】
有限性解消過程Ｓ８０ａは、２πの位相変化ごとに、測定されるＢＦＳが回転する影響を除去する処理である。有限性解消過程は、例えば、順に行われる、強度信号取得過程Ｓ８１、強度変化計算過程Ｓ８３、位相回転数計算過程Ｓ８６、及びＢＦＳ決定過程Ｓ８８を備えて構成される。
【0112】
強度信号取得過程Ｓ８１及び強度変化計算過程Ｓ８３は、図１０を参照して説明した実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。
【0113】
位相回転数計算過程Ｓ８６では、有限性解消部８１は、強度変化計算過程Ｓ８３で計算された強度変化Ｐｃｈａｎｇｅ（％）を用いて、位相回転数Ｎを計算する。位相回転数計算過程Ｓ８５では、以下の式（１４ａ）又は式（１４ｂ）が用いられる。
【0114】
【数14】
【0115】
光ファイバに引っ張り応力などが印加されていない場合は、上記式（１４ａ）が用いられる。一方、光ファイバの温度変化がない場合は、上記式（１４ｂ）が用いられる。
【0116】
ＢＦＳ選択過程Ｓ８８では、ＢＦＳ合成にＮ／τをオフセットとして与えることにより、ＢＦＳ合成＋Ｎ／τを測定結果として決定する（Ｓ８８）。
【0117】
決定されたＢＦＳの波形が得られた後、被測定光ファイバ１００の温度又は歪みが取得される。ＢＦＳ波形から、温度又は歪みの取得は、任意好適な従来公知の手段で行うことができるので、ここでは、説明を省略する。
【0118】
この測定装置では、第１及び第２ＢＦＳ算出部から得られた３つの値からＢＦＳを得るとともに、信号強度の変化を用いて位相回転数Ｎを取得し、これを用いてＢＦＳを決定する。この結果、光ファイバに歪みが印加されていない場合、又は、光ファイバの温度変化がない場合は、従来の、有限の位相シフト０～２πに対応する１～１０００ＭＨｚである測定範囲に対して有限性を解消し、測定範囲を拡げることができる。
【0119】
なお、ここでは、合成部８０で合成されたＢＦＳ（ＢＦＳ合成）が線形性を保つ構成にしているが、測定範囲の拡大が主目的であり、厳密な線形性が要求されない場合は、合成部８０において、ＢＦＳ３を用いてＢＦＳ１が反転するか否かを判定し、反転していない領域ではＢＦＳ１を用い、反転した領域ではＢＦＳ２を用いてＢＦＳを合成してＢＦＳ合成を得る構成にしてもよい。
【符号の説明】
【0120】
１０ 光源部
１２ 光源
１４ 光パルス発生器
２０ サーキュレータ
３０ 光増幅器
３２ 光バンドパスフィルタ
４１ 自己遅延ヘテロダイン干渉計
４２ 分岐部
４３ 光周波数シフタ部
４８ 遅延部
５０ 合波部
６０ コヒーレント検波部
６２ バランス型ＰＤ
６４ ＦＥＴ増幅器
６６ Ａ／Ｄ
７１ ＢＦＳ取得部
７８ ９０°位相シフト部
８０ 合成部
８１ 有限性解消部
８３ 局発電気信号源
９０ タイミング制御器
９１ 強度取得部
９２ ２乗回路
９４、１７４、２７４ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
９６ １／２乗回路
１００ 被測定光ファイバ
１７０、２７０ ブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）算出部
１７２、２７２ ミキサ
１７６、２７６ ＢＦＳ算出手段
１２ 光源
１４ 光パルス発生器
２０ サーキュレータ
３０ 光増幅器
３２ 光バンドパスフィルタ
４１ 自己遅延ヘテロダイン干渉計
４２ 分岐部
４３ 光周波数シフタ部
４８ 遅延部
５０ 合波部
６０ コヒーレント検波部
６２ バランス型ＰＤ
６４ ＦＥＴ増幅器
６６ Ａ／Ｄ
７１ ＢＦＳ取得部
７８ ９０°位相シフト部
８０ 合成部
８１ 有限性解消部
８３ 局発電気信号源
９０ タイミング制御器
９１ 強度取得部
９２ ２乗回路
９４、１７４、２７４ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
９６ １／２乗回路
１００ 被測定光ファイバ
１７０、２７０ ブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）算出部
１７２、２７２ ミキサ
１７６、２７６ ＢＦＳ算出手段
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】